EP0003497A1

EP0003497A1 - Einstellvorrichtung mit Raststufen für Auslöser elektrischer Schaltgeräte

Info

Publication number: EP0003497A1
Application number: EP79100030A
Authority: EP
Inventors: Werner Troebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1979-08-22
Also published as: DE2805181B1; US4211907A; JPS54113876A; EP0003497B1; DE2805181C2

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einer Einstellvorrichtung für Auslöser elektrischer Schaltgeräte mit einem äußeren und einem inneren Einstellorgan. Das innere Einstellorgan (40) trägt einen radial abstehenden federnden Rastarm (43), der mit ortsfesten Rastnuten zusammenwirkt. Zur Verbindung mit dem äußeren Einstellorgan (60) ist eine unterbrochene Ringschnappverbindung (46, 51, 64, 65) vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß sowohl exzentrische Kräfte als auch von dem federnden Rastarm hervorgerufene unsymmetrische Spreizkräfte und ein Drehmoment übertragen werden können. Hierzu dienen zwei in der Längsachse (56) des Rastarmes (43) hintereinanderliegende größere Zapfen (64) mit einer etwa rechtwinkligen Hinterschneidung und zwei zwischen diesen Zapfen angeordnete kleinere, mit radialen Vorsprüngen versehene Zapfen (65). Diese Vorsprünge besitzen Flanken (73, 74), die in parallel zur Längsachse (54) der Einstellvorrichtung verlaufenden Ebenen (55) liegen. Die Einstellorgane sind im Spritzgußverfahren aus Kunststoff als komplette Teile hergestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einstellvorrichtung mit Raststufen für Auslöser elektrischer Schaltgeräte, insbesondere für Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Isolierstoffgehäuse, mit einem an der Außenseite des Schaltgerätes zugänglichen äußeren und einem inneren Einstellorgan sowie mit einem Lagerteil zur drehbaren Lagerung der Einstellorgane.
Einstellvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise durch die GB-PS 1 400 039 und die US-PS 3 831 120 bekannt geworden. Diese Vorrichtungen haben die Aufgabe, thermische oder magnetische Auslöser der Schaltgeräte durch Drehung des äußeren Einstellorgans auf eine bestimmte Auslösestromstärke einzustellen. Hierzu muß auf das innere Einstellorgan eine bestimmte Kraft übertragen werden, um zu den Auslösern gehörende Teile wie Magnetanker, Stellglieder für Bimetallstreifen o. dgl. zu verstellen, wobei im allgemeinen Rückstellkräfte zu überwinden sind. Die einmal gewählte Einstellung soll sich jedoch unter dem Einfluß üblicher betriebsbedingter Kräfte nicht selbsttätig verändern. Die an der Einstellvorrichtung vorgesehene Rastung muß daher imstande sein, sowohl die von den Rückstellkräften der inneren Teile der Auslöser ausgehenden Wirkungen als auch äußere betriebsbedingte Kräfte aufzunehmen. Diesen Anforderungen entsprechend bestehen die bisherigen Einstellvorrichtungen aus einer Anzahl den Teilaufgaben entsprechenden Bauelementen. Hierzu sei als weiteres Beispiel die Einstellvorrichtung nach der DE-AS 10 67 514 betrachtet. Dabei ist ein äußeres Einstellorgan auf einer Rundwelle gelagert, die ihrerseits an Lagerteilen gehalten ist. Das innere Einstellorgan ist durch einen Exzenter gebildet, der auf einem exzentrischen Bund des äußeren Einstellorgans sitzt. Für die Rastung des äußeren Einstellorgans ist ein auf der Rundwelle befestigter Hebel vorgesehen, der durch Federkraft an dem Lagerteil bzw. dem Gehäuse abgestützt ist und eine Rastschneide besitzt, die in Rastnuten an der Innenseite des äußeren Einstellorgans eingreift.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der zur Herstellung von Einstellvorrichtungen der genannten Art benötigten Teile und dadurch zugleich den Raumbedarf zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Einstellvorrichtung besteht somit aus lediglich zwei Teilen, die durch axialen Druck miteinander in der richtigen Lage in Eingriff gebracht werden. Wesentlich ist hierbei die Ausbildung der Ringschnappverbindung, derart, daß sie nicht nur axiale Kräfte aufzunehmen vermag, sondern auch von dem Rastarm ausgeübte unsymmetrische Kräfte und darüber hinaus ein Drehmoment.
Ringschnappverbindungen sind an sich bekannt und werden zur Verbindung von Teilen des Maschinenbaus und der Feinmechanik vielfältig eingesetzt (Zeitschrift "Konstruktion" 29 (1977), H. 10, S. 387-397; Zeitschrift "verbindungstechnik", H. 7/8, 1977, S. 29-33).
Versuche haben ergeben, daß es vorteilhaft ist, zwei scharfkantig rechtwinklig zu der Längsachse der Einstellorgane hinterschnittene Zapfen vorzusehen und diese auf der Verlängerung der Längsachse des Rastarmes liegend anzuordnen und zwischen diesen Zapfen zwei weitere mit etwa radial vorstehenden Vorsprüngen versehene Zapfen vorzusehen. Die Stützwirkung der scharfkantig hinterschnittenen Zapfen gegenüber der von dem Rastarm ausgehenden unsymmetrischen Kraft wird hierbei am besten ausgenutzt. Dabei können sich die scharfkantig hinterschnittenen Zapfen über den größeren Teil und die mit den Vorsprüngen versehenen Zapfen über den kleineren Teil des Kreisumfanges der Ringschnappverbindung erstrecken.
Die Vorsprünge, die bei der vorstehend erwähnten Anordnung etwa auf einer senkrecht zur Verlängerung der Längsachse des Rastarmes stehenden Linie angeordnet sind, können vorzugsweise in parallel zur Längsachse der Ringschnappverbindung verlaufenden Ebenen angeordnete Flanken besitzen. Dadurch wird nicht nur eine sichere Übertragung der Drehmomente, sondern zugleich eine Steigerung der Widerstandsfähigkeit der Ringschnappverbindung gegen eine Trennung unter dem Einfluß der unsymmetrisch angreifenden Kraft des Rastarmes erreicht.
Als Lagerteil kann für die Zwecke der Erfindung das Oberteil des Gehäuses des Schaltgerätes dienen. In diesem Falle kann im Rahmen der Erfindung das Lagerteil mit die Lageröffnung umgebenden Rastnuten versehen sein. Auf diese Weise entfallen zusätzliche Elemente für die Raststufen.
Der Rastarm des inneren Einstellorgans kann eine bei der Herstellung des inneren Einstellorgans bewirkte Krümmung besitzen, derart, daß bei zusammengefügten Einstellorganen eine Rastschneide des Rastarmes mit einer Vorspannung etwa parallel in die Rastnuten eingreift. Diese erwünschte Vorspannung und damit die Rastkraft entsteht somit zwangsläufig bei der Montage der Einstellvorrichtung.
Das innere Einstellorgan kann zusätzlich mit einem exzentrischen Fortsatz in der Gestalt eines Zapfens, einer Steuerkurve o. dgl. versehen sein, der unmittelbar mit einem Stellglied eines Auslösers zusammenwirkt. Diese Anordnung ist sowohl raumsparend als auch präzise hinsichtlich der Einstellung bestimmter Auslösewerte.
Die Einstellorgane können aus geeigneten Kunststoffen nach den bekannten Verarbeitungsverfahren hergestellt werden. Gute Ergebnisse sind zum Beispiel mit Polyamiden oder Terephtalaten erzielbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Niederspannungs-Leistungsschalter in einer teilweise aufgebrochenen Seitenansicht.
Der in der Fig. 1 gezeigte Schalter ist in der Fig. 2 teilweise in der Draufsicht dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt ein inneres Einstellorgan im Schnitt. Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Einstellorgan gemäß der Fig. 3.
In der Fig. 5 ist ein äußeres Einstellorgan in der Draufsicht gezeigt.
Eine Seitenansicht des äußeren Einstellorgans gemäß der Fig. 5 zeigt die Fig. 6.
Einen Schnitt durch ein Oberteil des Gehäuses im Bereich der Einstellvorrichtung zeigt die Fig. 7.
Die Fig. 8 zeigt eine Innenansicht eines Oberteiles eines Gehäuses.
Ein anderes inneres Einstellorgan ist in der Seitenansicht in der Fig. 9 und in der Draufsicht in der Fig. 10 gezeigt.
Die Fig. 11 zeigt eine Einstellvorrichtung mit einem gesonderten Lagerteil, das in der Fig. 12 dargestellt ist.
Der in der Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht gezeigte Niederspannungs-Leistungsschalter 1 besitzt ein Isolierstoffgehäuse 2, das entlang einer Teilfuge 3 in ein Unterteil 4 und ein Oberteil 5 geteilt ist. Die Strombahn verläuft, ausgehend von einer Anschlußklemme 6, über ein feststehendes Schaltstück 7 und ein bewegliches Schaltstück 8 sowie einen biegsamen Leiter 10 und einen Heizleiter 11 zu einer weiteren Anschlußklemme 13. Das bewegliche Schaltstück 8 ist mittels eines Schaltstückträgers 14 durch eine Schaltwelle 15 zum Ein- und Ausschalten bewegbar. Die Schaltwelle 15 verbindet die Schaltstückträger 14 der nebeneinander parallel angeordneten Strombahnen des Niederspannungs-Leistungsschalters 1. Die Antriebskräfte werden über einen nicht dargestellten, an sich bekannten Mechanismus auf einen Gelenkbolzen 16 übertragen, der das bewegliche Schaltstück 8 und den Schaltstückträger 14 miteinander verbindet. Der Antriebsmechanismus greift dabei, wie dies bekannt ist, an dem Gelenkbolzen 16 des mittleren Poles des Niederspannungs-Leistungsschalters 1 an.
Zum Ein- und Ausschalten von Hand dient ein Betätigungshandgriff 17, der durch eine Öffnung des Oberteiles 5 des Isolierstoffgehäuses 2 hindurchragt. Für die selbsttätige Ausschaltung des Niederspannungs-Leistungsschalters 1 sind die bekannten thermischen und magnetischen Auslöser vorgesehen. In der Fig. 1 ist ein Beispiel für einen thermischen Auslöser gezeigt. Dieser umfaßt als wesentliche Teile einen durch den Heizleiter 11 aufheizbaren Bimetallstreifen 20, ein senkrecht zur Zeichenebene verschiebbares Stellglied 22 und eine Auslösewelle 23. Der Abstand des Stellgliedes 22 von Justierschrauben 24 und einem schrägen Hebelarm (in Fig. 1 nicht sichtbar) der Auslösewelle 23 und damit die Auslösestromstärke ist durch eine insgesamt mit 26 bezeichnete Einstellvorrichtung einstellbar, deren Aufbau im folgenden näher erläutert wird.
Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß auf der Frontfläche des Oberteiles 5 des Isolierstoffgehäuses 2 unterhalb des Betätigungshandgriffes 17 ein äußeres Einstellorgan 30 angeordnet ist, das einen Schlitz 31 zur Einführung eines geeigneten Werkzeuges, z. B. eines Schraubendrehers, besitzt und mit einer Markierung 32 versehen ist, der eine Skale 33 mit Teilstrichen für bestimmte Auslösestromstärken zugeordnet ist. Durch das äußere Einstellorgan 30 ist ein inneres Einstellorgan drehbar, das auf das Stellglied 22 einwirkt.
Ein Beispiel für ein inneres Einstellorgan 40 zeigen die Fig. 3 und 4. Das aus einem geeigneten Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellte innere Einstellorgan 40 weist ein zylindrisches Halsteil 41 auf, das zur drehbaren Lagerung der Einstellvorrichtung in einer entsprechend bemessenen Öffnung im Oberteil 5 des Isolierstoffgehäuses 2 dient. Zur Anlage an der Frontflächen-Gehäusewandung ist ein weiterer zylindrischer Abschnitt 42 vorgesehen, der sich über etwa 3/4 des Kreisumfanges erstreckt. In der verbleibenden Lücke geht der zylindrische Abschnitt 42 in einen Rastarm 43 über, dessen Ende mit einer dachkantartigen Rastschneide 44 versehen ist. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, ist der Rastarm 43 in sich gekrümmt, um die Rastschneide 44 mit einer erwünschten Vorspannung zur Anlage mit gehäuseseitigen Rastnuten zu bringen, wenn der zylindrische Abschnitt 42 an der inneren Gehäusewandung anliegt. Zur Betätigung eines Stellgliedes eines Auslösers trägt das innere Einstellorgan 40 ferner einen exzentrisch angeordneten Zapfen 45. Die zentrale Öffnung 46 des Einstellorgans 40 ist durch einen Vorsprung 47 scharfkantig rechtwinklig hinterschnitten und erweitert sich nach oben mit einer konischen Mündung 50. Die Öffnung 46 ist durch zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen 51 mit parallelen Flanken 52 und 53 erweitert. Die Flanken 53 liegen dabei in einer durch die Längsachse 54 der Öffnung 46 verlaufenden Ebene 55.
Wie die Fig. 4 erkennen läßt, ist zwischen dieser Ebene 55 und der Längsachse 56 des Rastarmes 43 ein Winkel P vorhanden, der von 90° verschieden ist. Diese geringe Unsymmetrie ist jedoch für die Wirkungsweise der Ringschnappverbindung unwesentlich.
Ein mit dem inneren Einstellorgan 40 zusammenwirkendes äußeres Einstellorgan 60 ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Dieses äußere Einstellorgan umfaßt einen flachen zylindrischen Teil 61 mit einem zum Einführen eines geeigneten Werkzeuges, z. B. eines Schraubendrehers, vorgesehenen Schlitz 62. Auf der dem Schlitz abgewandten Seite befindet sich ein vorspringender Teil 63 der Ringschnappverbindung, der aus zwei einander gegenüberstehend angeordneten Zapfen 64 und zwei weiteren, anders geformten Zapfen 65 besteht. Die Zapfen 64 erstrekken sich über jeweils etwa 110 ⁰, während die Zapfen 65 etwa 70 ⁰ einnehmen. Die Zapfen 64 besitzen ein etwa pilzkopfartiges Profil und weisen dementsprechend einen aus der Fläche des zylindrischen Teiles 61 senkrecht austretenden Fußteil 66 und ein Kopfteil 67 auf, das mit einer konischen Mantelfläche 68 versehen ist. Der äußere Durchmesser der Mantelfläche ist größer als der Durchmesser des Fußteiles 66. Der Übergang wird durch eine scharfkantig rechtwinklig ausgebildete Stufe 70 gebildet.
Die kleineren Zapfen 65 weisen je zur Hälfte ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung einen Abschnitt 71 auf, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser des Fußteiles 66 der größeren Zapfen 64 entspricht. Die andere Hälfte wird durch je einen Vorsprung 72 gebildet, der parallele Flanken 73 und 74 besitzt. Die Flanken 74 liegen dabei in einer Ebene, die durch die Längsachse 54 (Fig. 6) der Ringschnappverbindung verläuft. Die Fig. 6 läßt noch erkennen, daß die Zapfen 65 kürzer sind als die Zapfen 64 und bis etwa zu der Stufe 70 der größeren Zapfen 64 reichen. Das innere Einstellorgan 40 und das äußere Einstellorgan 60 werden durch Druck zusammengefügt. Dabei legt sich zunächst die konische Mantelfläche 68 in die innere konische Mündung 50 des inneren Einstellorgans 40, wodurch beide Teile gegeneinander zentriert werden. Infolge der Federung der Fußteile 66 der Zapfen 64 des äußeren Einstellorgans 60 greifen dann die Zapfen 64 mit ihren Stufen 70 hinter die Vorsprünge 47 des inneren Einstellorgans 40. Die Zapfen 64 liegen dabei, abgesehen von der erwähnten geringen Winkelabweichung, in der Längsachse 56 des Rastarmes 43 hintereinander. Durch das scharfkantige Ineinandergreifen der beiden Teile werden die unsymmetrischen Spreizkräfte aufgenommen, die von dem Rastarm 43 auf die Ringschnappverbindung ausgeübt werden. Zugleich wird die Übertragung eines Drehmomentes von dem äußeren Einstellorgan 60 auf den Rastarm 43 und den Zapfen 45 durch das flächenhafte Aneinanderliegen der kürzeren Zapfen 65 mit ihren Flanken 73 und 74 an den gleichfalls parallelen Flanken 52 und 53 der Ausnehmungen 51 des inneren Einstellorgans 40 ermöglicht.
Die aus dem äußeren und dem inneren Einstellorgan bestehende Anordnung ist mit dem zylindrischen Halsteil 41 des inneren Einstellorgans 40 in einer entsprechenden Bohrung 80 des Oberteiles 5 des Isolierstoffgehäuses 2 gelagert. Wie die Fig. 7 zeigt, schließt sich an diese Bohrung 80 nach außen eine zylindrische Erweiterung 81 zur Aufnahme des zylindrischen Oberteiles des äußeren Einstellorgans 60 an. An der Innenseite des Oberteiles 5 ist die Bohrung 80 mit einem Abstand von einem Kranz von Rastnuten 82 umgeben, mit denen der Rastarm 43 zusammenwirkt. Je nachdem, ob die Auslöser der einzelnen Pole einzeln oder gemeinsam einstellbar sein sollen, kann die beschriebene Anordnung einfach oder mehrfach vorhanden sein. Während in der Fig. 2 eine gemeinsame Einstellvorrichtung gezeigt ist, sind bei der Anordnung gemäß der Fig. 8, die ein Oberteil 5 eines Niederspannungs-Leistungsschalters von innen zeigt, nebeneinander drei Bohrungen 80 für Einstellvorrichtungen vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 ist das innere Einstellorgan 40 mit einem Zapfen 45 versehen. Statt dessen kann aber auch eine exzentrische Kurve 90 vorgesehen sein, wie dies die Fig. 9 und 10 zeigen. Es ist möglich, je nach dem vorliegenden Bedarf mit den gleichen äußeren Einstellorganen unterschiedlich ausgebildete innere Einstellorgane zu kombinieren. Umgekehrt können auch bei gleichen inneren Einstellorganen unterschiedliche äußere Einstellorgane verwendet werden, die sich z. B. durch die Größe und Form des außen zugänglichen Teiles unterscheiden. Die beschriebenen Teile sind auch für Gehäuse unterschiedlicher Wandstärke verwendbar, da es nur erforderlich ist, die inneren Einstellorgane mit einer unterschiedlichen Länge ihrer Halsteile herzustellen.
In der Fig. 11 ist dargestellt, daß eine Einstellvorrichtung 100, die wiederum ein inneres Einstellorgan 101 mit einem sich radial erstreckenden Rastarm 102 und einem exzentrischen Zapfen 103 und ein äußeres Einstellorgan 104 umfaßt, an einem gesonderten Lagerteil 105 gelagert ist, das Bestandteil einer Platine des Schalters sein kann. Dieses Lagerteil 105, das in der Fig. 12 in der Draufsicht vergrößert gezeigt ist, besitzt eine Lageröffnung 106 und Rastnuten 107, in die der Rastarm 102 mit seiner Rastschneide eingreift.
Zwischen einem Kopfteil 108 des äußeren Einstellorgans 104 und einer Öffnung 110 eines Isolierstoffgehäuses 111 ist ein gewisses Spiel vorhanden, um eine relative Verschiebung zwischen der Einstellvorrichtung und dem Isolierstoffgehäuse 111 zu ermöglichen. Diese Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn es auf Einhaltung enger Toleranzen zwischen der Einstellvorrichtung und einem Stellglied 112 eines Auslösers ankommt. Dieses Stellglied kann nämlich gleichfalls an dem Lagerteil 105 gelagert sein, wodurch eine feste räumliche Beziehung zwischen dem Stellglied 112 und dem exzentrischen Zapfen 103 des inneren Einstellorgans 101 geschaffen wird. 7 Ansprüche 12 Figuren

Claims

1. Einstellvorrichtung mit Raststufen für Auslöser elektrischer Schaltgeräte, insbesondere für Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Isolierstoffgehäuse, mit einem an der Außenseite des Schaltgerätes zugänglichen äußeren und einem inneren Einstellorgan sowie mit einem Lagerteil zur drehbaren Lagerung der Einstellorgane, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Einstellorgan (40; 101) einen sich im wesentlichen radial erstreckenden und senkrecht zu seiner Längsachse (54) in Richtung des Lagerteiles (Oberteil 5; 105) federnden Rastarm (43; 102) trägt und mit dem äußeren Einstellorgan (60; 104) unter Bildung einer Welle durch eine unterbrochene Ringschnappverbindung (46, 51, 64, 65) zusammenfügbar ist, die mit am äußeren Einstellorgan (60; 104) angeordneten scharfkantig hinterschnittenen, radial federnden Zapfen (64, 65) und mit wenigstens einem etwa radial vorspringenden Vorsprung (72) in eine entsprechende Ausnehmung (Öffnung 46, 51) des inneren Einstellorgans (40; 101) greift.

2. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei scharfkantig rechtwinklig zu der Längsachse (54) der Einstellorgane (40, 60) hinterschnittene Zapfen (64) vorgesehen und auf der Verlängerung der Längsachse (56) des Rastarmes (43) liegend zwischen diesen Zapfen (64) zwei weitere mit etwa radial vorstehenden Vorsprüngen (72) versehene Zapfen (65) angeordnet sind.

3. Einstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich die scharfkantig hinterschnittenen Zapfen (64) über den größeren Teil und die mit den Vorsprüngen (72) versehenen Zapfen (65) über den kleineren Teil des Kreisumfanges der Ringschnappverbindung erstrecken.

4. Einstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge (72) in parallel zur Längsachse (54) der Ringschnappverbindung verlaufenden Ebenen angeordnete Flanken (73, 74) besitzen.

5. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (Oberteil 5; 105) die Lageröffnung (Bohrung 80; 106) umgebende Rastnuten (82; 107) besitzt.

6. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rastarm (43) eine bei der Herstellung des inneren Einstellorgans (40) bewirkte Krümmung besitzt, derart, daß bei zusammengefügten Einstellorganen (40, 60) eine Rastschneide (44) des Rastarmes (43) mit einer Vorspannung etwa parallel in die Rastnuten (82) eingreift.

7. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Einstellorgan (40; 101) mittels eines exzentrischen Fortsatzes (Zapfen 45; 103) unmittelbar mit einem Stellglied (22; 112) eines Auslösers zusammenwirkt.